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1、泥沙研究2000年12月JournalofSedimentResearch第6期黄河下游河床演变中的地貌临界123陆中臣,陈劭锋,陈 浩(1.中国科学院生态环境研究中心,北京100085;2.中国科学院科技政策与管理科学研究所,北京100080;3.中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101)摘要:从地貌学的角度,比较深入地研究了黄河下游河床演变中的几个临界问题:纵剖面调整的临界问题、河道平面形态的临界问题、河型对河床边界的临界响应问题以及河床断面形态的临界判别问题。并且以河型转化趋势预测为例,对地貌临界在河床演变中的应用作了进一步的
2、探讨。结果表明,小浪底水库建成后,在其清水下泄期间,下游河型将不会发生改变。关键词:黄河下游;河床演变;地貌临界;趋势预测中图分类号:P931.1 文献标识码:A 文章编号:04682155X(2000)06200012051 前言河床演变,作为河流动力学和河流地貌学交叉研究的领域,具体是指在水流的作用下,河流的边界所发生的变化。而这种变化实质上体现了组成边界的物质的冲刷、搬运和堆积过程。在诸过程中塑造的地貌现象,如河床纵横断面、河谷形态、边界组成和河型等,在内外营力共同作用下达到一定的限度,将会出现巨大的质的变化。我们将其称之为河床演变中
3、的地貌临界。自Schumm于上一世纪70年代首次将临界规律引入到地貌系统的研究之中以来,经过一些学者的不断努力,逐步形成了所谓的“地貌临界论”。由于该理论从崭新的角度审视地貌现象由量变到质变或者说由渐变到突变的转化规律,使得对地貌演化过程中发生的明显变异现象进行合理的解释成为可能,因此受到地质地貌界的普遍关注。研究地貌临界不仅蕴涵着比较深刻的哲理和科学理论意义,而且具有一定的实践意义,如通过确定和运用地貌过程中的临界阈值,对地貌发育阶段进行量化,洞察地貌要素之间相互作用的内在机理、强度和动态转化的临界条件,进而预测地貌现象的发展趋势,为国土
4、整治服务。本文试图从地貌学角度,研究黄河下游河床演变中的一些与地貌有关的临界问题,以辩识临界条件发生发展的规律,同时对地貌临界的应用作了进一步的探讨。2 纵剖面调整的临界响应根据黄河下游堆积区的地层、堤防和基准面的影响,可以发现黄河下游纵剖面的发育已经历了四个[1]阶段,即构造控制阶段或适应构造阶段、自由发展的加积阶段、人工控制阶段和侵蚀基准控制阶段,以及三种调整形式,即沿程淤积的调整形式、溯源淤积的调整形式和平行抬升的淤积形式。对纵剖面的[2]形态和比降的年际变化,分别用凹度指标(即通过纵剖面线上下端点作矩形,纵剖面线将矩形分为上下两半,
5、它们的面积之比形成凹度指标。该指标大于1,纵剖面为凹型;等于1,为直线型;小于1,为凸型)和比降点绘了图1(a)和图1(b)。由图1(a)可以看出,从晚全新世地层底板到1954年,纵剖面的凹度是逐渐减小的,但到了1954年后,即从1954～1983年,曲度指标的变化就不大了,即多年平均凹度为1135,分别比晚全新世地层底板、1855年和1935年的纵剖面凹度减少了37%,12%和715%,其均值与1954年以来最大和最小凹度基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G1999043604)FoundationItem:973projectof
6、MinistryofScience,No.G1999043604作者简介:陆中臣(1935-),男,中科院生态环境研究中心教授级高级工程师。1相比,分别小于3%和大于317%。从图1(b)来看,仍以1954年为界,1954年后的河床比降均在均值上下微小变化,多年平均为11289,与最大和最小值的偏离,分别为2%和1%,比凹度的偏离还小。图1(a) 黄河下游花园口到利津段凹度的历年变化图1(b) 黄河下游花园口到利津段河床比降的历年变化ChangesofconcavityfromHuayuankoutoLijinChangesofthecha
7、nnelslopefromHuayuankoutoLijinintheLowerYellowRiverduringthepastyearsintheLowerYellowRiverduringthepastyears 综上所述,不论是纵剖面凹度,还是河床比降,就长时段的变化来说,都不大,这说明,此段从1954年至1983年在平均沉积速率为8164cm/a的情况下,河床是平行抬高的。这种平行抬高,就是纵剖面调整的临界响应。它说明了两个问题:其一,黄河下游已经发育到了老年期阶段,是发育史上的临界阶段;其二,抵挡历史大洪水的能力大大减小,出现大
8、险、大灾的机会更多。我们认为,纵剖面平行抬升,是由于黄河下游河道处在特殊的地理环境中,流经不同的地貌部位,流域的来沙量和水流的挟沙能力不相适应,所以自发育以来就是一条加积性河流,
